長壽命燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油在出租車上的應(yīng)用研究

楊操++孫翠++汪洋++歐陽增南++嚴(yán)軍表

摘要：節(jié)能、環(huán)保和延長換油期是推動內(nèi)燃機(jī)油更新?lián)Q代的三大驅(qū)動力。受全球范圍環(huán)保呼聲日趨高漲的影響，長換油周期的潤滑油由于能減少廢油量成為重要研究課題之一。使用長壽命燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油10W-40在雙燃料出租車上進(jìn)行了行車試驗(yàn)，結(jié)果表明，長壽命燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油10W-40在出租車上行駛10000 km后各項(xiàng)性能指標(biāo)均遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)要求，可為出租車在長時間超負(fù)荷運(yùn)行及頻繁啟停工況下提供良好的潤滑保護(hù)，并降低車輛保養(yǎng)維修成本。

關(guān)鍵詞：長壽命；燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油；出租車；行車試驗(yàn)

中圖分類號：TE626.32文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Study on Application of Long Life Gas Engine Oil in Taxi

YANG Cao， SUN Cui， WANG Yang， OUYANG Zeng-nan， YAN Jun-biao

（Jiangsu Lopal Tech. Co.， LTD. R&D Center， Nanjing 210038， China ）

Abstract：Energy saving， environmental protection and extended oil drain are the three major driving force for promoting the upgrading of combustion engine oil. Effected by the voice of worldwide environmental growing louder， lubricating oils with long drain intervals become an important research topic because they can reduce the amount of waste oil. The field test of LOPAL long life gas engine oil 10W-40 in dual fuel taxis was conducted. The result shows that the performance parameters of above oil after 10000 km driving test in taxi keep well， far below the regulated limit of oil-change index. The LOPAL oil 10W-40 can provide good lubrication for taxi under the conditions of overload long run and frequent start and stop， and decrease the maintenance cost of vehicle.

Key words：long life； gas engine oil； taxi； field test

0引言

節(jié)能、環(huán)保和延長換油周期是推動內(nèi)燃機(jī)油更新?lián)Q代的三大驅(qū)動力。根據(jù)國家“十二五”節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的要求，減少廢舊潤滑油液的排棄量，延長潤滑油液使用壽命成為潤滑油發(fā)展的趨勢。同時，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)以其清潔燃燒的特性和良好的經(jīng)濟(jì)性受到了市場的高度關(guān)注[1-2]。在國內(nèi)一些主要城市，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)已在出租車上得到了廣泛應(yīng)用，2014年我國“油氣兩用”出租車已近72萬輛，占當(dāng)年出租車總保有量137.01萬輛的52.55%。與此同時，國內(nèi)很多省市還在大力推進(jìn)公交車、出租車的“油改氣”工作。近年來，我國出租車市場以每年3%的速度增長，預(yù)計(jì)到2020年我國出租車保有量將達(dá)160萬輛，出租車氣化率將達(dá)90%。由此可見，應(yīng)用于出租車的發(fā)動機(jī)油具有廣闊的市場前景。

隨著燃?xì)獬鲎廛囀袌龅陌l(fā)展壯大，許多用戶對燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油的換油周期和性能提出了更高的要求，以降低車輛維修保養(yǎng)頻率和運(yùn)營成本。眾所周知，燃?xì)獬鲎廛囅鄬ζ胀ㄆ统鲎廛嚬r更加惡劣[3-4]，主要體現(xiàn)在：（1）發(fā)動機(jī)燃燒室溫度更高，油品更容易氧化，產(chǎn)生積炭；（2）尾氣中的氮氧化物含量增加，會引發(fā)機(jī)油硝化，產(chǎn)生過量油泥；（3）壓縮天然氣（CNG）、液化石油氣（LPG）以氣態(tài)進(jìn)入氣缸，無潤滑作用，易造成閥門磨損。此外，出租車經(jīng)常處于長時間、超負(fù)荷運(yùn)營，且工況復(fù)雜多變。在市區(qū)道路擁堵時，經(jīng)常處于開開停停，頻繁剎車啟動，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化頻繁；在市區(qū)外行駛時，發(fā)動機(jī)在高溫、高速持久狀態(tài)下工作。這些都會進(jìn)一步加劇油品的氧化硝化，形成油泥積炭。國外發(fā)動機(jī)制造商制定的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)主要是針對重負(fù)荷燃?xì)獍l(fā)動機(jī)，如Cummins CES 20074、MAN 3271-1等，且國內(nèi)有一些關(guān)于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油在重負(fù)荷燃?xì)獍l(fā)動機(jī)上應(yīng)用研究的報(bào)道[5-6]，重負(fù)荷燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油的產(chǎn)品也相對較為成熟。而有關(guān)轎車用燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油目前還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各廠家在生產(chǎn)過程中都是按照自己企業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，國內(nèi)僅中國石化潤滑油分公司開發(fā)了針對出租車的LPG/CNG轎車燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油，并進(jìn)行了6000 km的行車試驗(yàn)[7]。據(jù)筆者調(diào)研了解到，目前燃?xì)獬鲎廛嚻毡槭褂檬寝I車用汽油機(jī)油，且油品的質(zhì)量等級偏低，出租車司機(jī)為了避免車輛故障，大多行駛5000～7000 km左右就更換機(jī)油，否則容易導(dǎo)致發(fā)動機(jī)油路堵塞，引發(fā)發(fā)動機(jī)缺油、過熱甚至卡死，而且會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)部件磨損、摩擦阻力變大或增加燃油消耗等問題。

針對燃?xì)獬鲎廛嚨墓r特點(diǎn)及用戶對長換油周期油品的實(shí)際需求，并考慮出租車司機(jī)對成本的訴求，我公司開發(fā)了出租車用長壽命燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油，并通過行車試驗(yàn)對長壽命燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油在出租車上的應(yīng)用情況進(jìn)行了跟蹤，以確定最佳的換油周期。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)車輛

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模x擇了3輛桑塔納出租車在安徽馬鞍山進(jìn)行行車試驗(yàn)，試驗(yàn)車輛的相關(guān)信息如表1所示。

1.2試驗(yàn)油品

試驗(yàn)用發(fā)動機(jī)油為我公司專門針對出租車燃?xì)獍l(fā)動機(jī)開發(fā)的長壽命發(fā)動機(jī)油10W-40，油品的主要理化指標(biāo)如表2所示。

1.3試驗(yàn)過程

1.3.1潤滑油更換

在熱機(jī)狀態(tài)下從油底殼放油塞處放凈發(fā)動機(jī)中的原用機(jī)油，并用試驗(yàn)用油清洗發(fā)動機(jī)三次，每次怠速運(yùn)轉(zhuǎn)5～10 min，從油底殼放油塞處放凈清洗油，然后更換機(jī)油濾清器和空氣濾清器，再加入試驗(yàn)用機(jī)油，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)5 min后，從機(jī)油加注口用采樣器取出80 mL油樣作為0 km油樣，并補(bǔ)加試驗(yàn)油至機(jī)油尺上限，同時記錄所加入的試驗(yàn)油總量及車輛行駛里程。

1.3.2取樣及分析

根據(jù)出租車的苛刻工況以及維修人員和司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，分別于4000 km、8000 km、10000 km處熱車取樣80 mL，并補(bǔ)加同等量的新油。

試驗(yàn)結(jié)束后，對采集的0 km、4000 km、8000 km、10000 km試驗(yàn)油樣分別進(jìn)行運(yùn)動黏度、閃點(diǎn)、水分、酸值、堿值、戊烷不溶物、氧化值、硝化值、元素含量等項(xiàng)目分析。

2試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1運(yùn)動黏度變化

發(fā)動機(jī)油的運(yùn)動黏度是影響發(fā)動機(jī)潤滑性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。影響發(fā)動機(jī)油在使用過程中的黏度特性因素有很多，包括蒸發(fā)損失、聚合物的熱裂解和機(jī)械剪切、油品氧化縮合變稠、油品對煙炱和油泥的分散、燃油稀釋等。因此，發(fā)動機(jī)油運(yùn)動黏度的變化基本反映油品氧化衰變程度、添加劑熱分解以及黏度指數(shù)改進(jìn)劑受到剪切作用降解變化情況。3臺試驗(yàn)車輛用油品100 ℃運(yùn)動黏度變化情況如圖1所示。

由圖1可見，3臺車輛經(jīng)過10000 km行車試驗(yàn)后油品100 ℃運(yùn)動黏度保持能力良好，且試驗(yàn)油的100 ℃運(yùn)動黏度變化率遠(yuǎn)未達(dá)到GB/T 8028-2010標(biāo)準(zhǔn)中的換油指標(biāo)（超過±20%）的要求，說明油品具有優(yōu)良的抗剪切性能、抗氧化性和清凈分散性。

2.2堿值變化

發(fā)動機(jī)油堿值的大小反映了油品中和酸性物質(zhì)的能力，也間接地表示油品所含清凈分散劑的多少。發(fā)動機(jī)的堿值變化主要與其所用燃料油的硫含量及油品在使用過程中的氧化變質(zhì)有關(guān)，反映了油品抑制氧化以及中和酸性物質(zhì)的強(qiáng)弱。3臺車輛試驗(yàn)所用油品堿值的變化情況如圖2所示。

由圖2可以看出，在行車試驗(yàn)過程中，3臺車輛油品的堿值變化較小，遠(yuǎn)低于GB/T 8028-2010標(biāo)準(zhǔn)中的換油指標(biāo)（小于新油的50%）的要求，表明試驗(yàn)油品氧化變質(zhì)緩慢，堿值保持性好，并具有良好的清凈分散性能，可有效中和試驗(yàn)油中的酸性物質(zhì)，防止其腐蝕發(fā)動機(jī)零部件。

2.3戊烷不溶物變化

戊烷不溶物是潤滑油氧化產(chǎn)品、添加劑降解產(chǎn)物、發(fā)動機(jī)金屬磨損粉末、灰塵及積炭的總和，主要反映了油品氧化變質(zhì)、油泥生成、發(fā)動機(jī)金屬磨損、添加劑消耗以及油品被污染的程度。一般來說，發(fā)動機(jī)油中戊烷不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.5%時，說明油品衰敗比較嚴(yán)重。本次行車試驗(yàn)3臺車輛的油品戊烷不溶物隨行駛里程的變化如圖3。

由圖3可以看出，行車試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)油的正戊烷不溶物含量不高，遠(yuǎn)小于換油指標(biāo)限值，說明試驗(yàn)油品的衰變過程正常，能較好地抑制氧化產(chǎn)物的生成，具有良好的抗氧化性、抗磨性和清凈分散性。

2.4氧化值和硝化值

在行車試驗(yàn)過程中，發(fā)動機(jī)油會因氧化而形成酸性物質(zhì)，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)機(jī)件腐蝕以及發(fā)動機(jī)磨損加速，氫化產(chǎn)物進(jìn)一步氧化縮合，則生成大分子胺狀物質(zhì)，使發(fā)動機(jī)油運(yùn)動黏度不斷增大，流動性能惡化；發(fā)動機(jī)油中的硝化物則是產(chǎn)生油泥的主要成分之一。燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的活塞環(huán)槽溫度比普通汽油發(fā)動機(jī)高20～30 ℃，更容易引起油品的氧化和硝化。通過檢測發(fā)動機(jī)在用油中的氧化物和硝化物的相對生產(chǎn)量，可以考察發(fā)動機(jī)油的氧化程度以及預(yù)測其在使用過程中的老化衰敗情況。因此，對于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油在用油的檢測比較關(guān)注氧化值和硝化值的變化。一般來說，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油中氧化值大于25 Abs/cm， 硝化值大于25 Abs/cm時，說明油品衰敗比較嚴(yán)重，需要更換油品。行車試驗(yàn)各油品的氧化值和硝化值隨行車?yán)锍痰淖兓闆r分別見圖4和圖5。

從圖4和圖5可以看出，隨著行駛里程的增加，3臺車輛所有油品的氧化值和硝化值始終未超過換油指標(biāo)要求，說明油品具有優(yōu)異的抗氧化和抗硝化能力，能夠滿足燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的高溫潤滑要求。

2.5元素含量分析

通過對試驗(yàn)油品進(jìn)行電感耦合等離子發(fā)射光譜（ICP）分析，可以掌握油品在使用過程中的大量信息，一方面可以監(jiān)測其中的添加劑衰變情況（Ca，Zn，P等元素），另一方面可以監(jiān)控發(fā)動機(jī)部件的磨損情況（Fe，Cu，Cr，Al，Pb等元素）。發(fā)動機(jī)油中的Fe、Al、Cr等元素主要來源于缸套、活塞環(huán)和閥系磨損；Cu、Pb元素主要來源于連桿軸瓦和主軸瓦的磨損；Si等元素主要來源于外界沙塵的污染。試驗(yàn)車輛用油品中的Fe、Cu、Al、Si元素的含量隨行駛里程的變化如圖6所示。

根據(jù)GB/T 8028-2010換油指標(biāo)要求，當(dāng)油品中鐵含量大于70 mg/kg，銅含量大于40 mg/kg，鋁含量大于30 mg/kg時，說明發(fā)動機(jī)存在異常磨損，需要更換油品。由圖6可見，3臺車輛試驗(yàn)油品中的鐵、銅、鉛元素含量均小于換油指標(biāo)要求，說明試驗(yàn)油品具有良好的抗磨性，在整個試驗(yàn)過程中能對發(fā)動機(jī)各部件提供較好的潤滑保護(hù)作用。盡管1號車輛試驗(yàn)經(jīng)過10000 km后油品中的各磨損金屬含量較其他2臺車輛油品偏高，這可能是因該車輛行駛里程較長，發(fā)動機(jī)部件出現(xiàn)老化所致，但遠(yuǎn)小于換油指標(biāo)要求，并且從1號車輛油品中的Si含量最高值為18 mg/kg，說明該車輛在試驗(yàn)過程中油品受到外界沙塵的污染，這也會加劇發(fā)動機(jī)部件的磨損。

3結(jié)論

根據(jù)行車試驗(yàn)結(jié)果表明，長壽命出租車用燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油10W-40完全可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)獬鲎廛?0000 km的換油周期要求，并且在上述換油周期內(nèi)，油品的運(yùn)動黏度變化率、堿值下降率、戊烷不溶物、氧化值和硝化值以及磨損金屬元素含量等指標(biāo)均在換油指標(biāo)要求范圍內(nèi)，且發(fā)動機(jī)工作正常，潤滑情況良好。由此可見，長壽命燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油10W-40在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了優(yōu)異的高溫抗氧化性、清凈分散性、抗磨性和黏度保持能力，能為在城市道路下行駛的雙燃料出租車提供優(yōu)異的潤滑保護(hù)，并有效延長換油周期，降低維修和保養(yǎng)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 隋秀華.國內(nèi)外特殊燃料汽車及發(fā)動機(jī)用油發(fā)展[J]. 石油商技，2012，30（5）：3-7.

[2] 秦鶴年，鄭鵬宇. 汽車新能源及潤滑油的發(fā)展[J]. 潤滑油，2012，27（1）：7-11.

[3] 余柏強(qiáng). 天然氣發(fā)動機(jī)對潤滑油的要求[J]. 汽車工藝與材料，2006（9）：7-9.

[4] 崔海鷗. 燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油規(guī)格及產(chǎn)品現(xiàn)狀[J]. 石油商技，2008（4）：67-72.

[5] 湯仲平， 晏熊， 張勤， 等. 燃?xì)獍l(fā)動機(jī)潤滑油在重型燃?xì)獍l(fā)動機(jī)上的應(yīng)用研究[J]. 潤滑油與燃料， 2010（Z1）： 14-17.

[6] 趙正華， 劉志勇， 張勤， 等. 一種長換油期重負(fù)荷燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油的應(yīng)用研究[J]. 潤滑油， 2014， 29（2）： 6-9.

[7] 萬濤， 孫儒， 李平. 長城LPG/CNG轎車燃?xì)獍l(fā)動機(jī)油在武漢出租車上的應(yīng)用[J]. 石油商技， 2010（5）： 44-47.